工程流体力学实验 指导书与报告 专业 班级 学号 姓名 安徽电气工程职业技术学院
工 程 流 体 力 学 实 验 指 导 书 与 报 告 专业_________________ 班级_________________ 学号_________________ 姓名_________________ 安徽电气工程职业技术学院
目录 (一)流体静力学实验……… (二)不可压缩流体恒定流能量方程(伯诺里方程)实验· (三)不可压缩流体恒定流动量定律实验 (10) (四)毕托管测速实验…… …(13) (五)雷诺实验…………… (六)文丘里流量计实验 ………(19) (七)沿程水头损失实验… (23) (八)局部水头损失实验… (29) (九)孔口与管嘴出流实验……… (33)
目 录 （一） 流体静力学实验…………………………………………………………(1) （二） 不可压缩流体恒定流能量方程（伯诺里方程）实验…………………(6) （三） 不可压缩流体恒定流动量定律实验………………………………… (10) （四） 毕托管测速实验……………………………………………………… (13) （五） 雷诺实验……………………………………………………………… (16) （六） 文丘里流量计实验…………………………………………………… (19) （七） 沿程水头损失实验…………………………………………………… (23) （八） 局部水头损失实验…………………………………………………… (29) （九） 孔口与管嘴出流实验………………………………………………… (33)
)流体静力学实验 、实验目的妥求 1.掌握用测压管测量流体静压强的技能 2.验证不可压缩流体静力学基本方程 3.通过对诸多流体静力学现象的实验分析研讨,进一步提高解决静力学实际问题的能力 实验装置 本实验的装置如图1.1所示 图1.1流体静力学实验装量图 1.测压管2.带标尺的侧压管3.连通管4.真空测压管5.U型测压管6.通气阀7.加压打 气球8.截止阀9.油柱10.水柱 1.减压放水阀。 1.所有测管液面标高均以标尺(测压管2)零读数为基准 仪器铭牌所注ⅤB、VC、VD系测点B、C、D标高:若同时取标尺零点作为静力学基本 方程的基准,则VB、VC、VD亦为ZB、ZC、ZD 本仪器中所有阀门旋柄顺管轴线为开 三、实验原理 在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程 P
1 (一 )流体静力学实验 一、实验目的要求 1 .掌握用测压管测量流体静压强的技能； 2 .验证不可压缩流体静力学基本方程； 3.通过对诸多流体静力学现象的实验分析研讨，进一步提高解决静力学实际问题的能力。 二、实验装置 本实验的装置如图 1.1所示。 图 1.1 流体静力学实验装置图 1 .测 压 管 2.带 标尺的 侧 压 管 3.连 通 管 4.真 空 测 压 管 5.U型 测 压 管 6 .通 气 阀 7.加 压 打 气 球 8 .截止阀 9 .油 柱 10.水 柱 11.减 压 放 水 阀 。 说明 1．所有测管液面标高均以标尺(测压管2)零读数为基准； 2．仪器铭牌所注▽B、▽C、▽D系测点B、C、D标高；若同时取标尺零点作为静力学基本 方程的基准，则▽B、▽C、▽D亦为ZB、ZC、ZD； 3．本仪器中所有阀门旋柄顺管轴线为开。 三、实验原理 1． 在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程 const p z + = g
P= Po 式中 一被测点在基准面以上的位置高度; p—被测点的静水压强,用相对压强表示,以下同 po—水箱中液面的表面压强 Y—液体容重 h—一被测点的液体深度 另对装有水油(图1.2及图1.3)U型测管,应用等压面可得油的比重S有下列关系 h1+h2 +P01 x Poll P02 图1.2 据此可用仪器(不用另外尺)直接测得S0 四、实验方法与步骤 1.搞清仪器组成及其用法。包括: 1)各阀门的开关 2)加压方法关闭所有阀门(包括截止阀),然后用打气球充气 3)减压方法开启筒底阀11放水 *该式推导如下 当U型管中水面与油水界面齐平(图1.2),取其顶面为等压面,有 Por=y, h 另当U型管中水面和油面齐平(图1.3),取其油水界面为等压面,则有 Po2+yH=yoHXPo2=-y,h,=yoH-y,H 由(1a)、(l.b)两式联解可得: H=h+h 代入式(1.a)得
2 或 p = p0 + gh （1.1） 式中： z——被测点在基准面以上的位置高度； p——被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同； p0——水箱中液面的表面压强； γ——液体容重； h——被测点的液体深度。 另对装有水油（图1.2及图1.3）U型测管，应用等压面可得油的比重S0有下列关系： 1 2 0 1 0 h h h S w + = = g g * （1.2） 据此可用仪器（不用另外尺）直接测得S0。 四、实验方法与步骤 1．搞清仪器组成及其用法。包括： 1）各阀门的开关； 2）加压方法 关闭所有阀门（包括截止阀），然后用打气球充气； 3）减压方法 开启筒底阀11放水； *该式推导如下： 当U型管中水面与油水界面齐平（图1.2），取其顶面为等压面，有 p01 = g w h1 = g 0H （1.a） 另当U型管中水面和油面齐平（图1.3），取其油水界面为等压面，则有 p02 + g wH = g 0H 又 p02 = -g w h2 = g 0H -g w H （1.b） 由（1.a）、（1.b）两式联解可得： H = h1 + h2 代入式（1.a）得 1 2 0 1 h h h w + = g g （1.c）
表11流体静压强测量记录及计算表 单位:cm 实验条件次序水箱液面V0测压管液面VH 压强水头 测压管水头 PB PA=v-vI PD=v -vz+Pc z.+P. P>0 P0<0 其中一2 次P0)3 注:表中基准面选在
3 表 1.1 流体静压强测量记录及计算表 单位：cm 实验条件 次序 水箱液面▽0 测压管液面▽H 压强水头 测压管水头 = Ñ H - Ñ0 pA g H B pB = Ñ - Ñ g H C pA = Ñ - Ñ g = Ñ H - Ñ0 pD g g C C p Z + g D D p Z + P0=0 1 1 2 P0>0 3 1 2 P0<0 ( 其 中 一 次 PB<0) 3 注：表中基准面选在______________________ZC=__________________cm ZD=_______________________cm
表1.2油容重测量纪录及计算表 单位:cr 条件次序水箱液面标尺读测压管液面读数v 数V0 0 yw h,+h, 中水面与2 油水交界 面齐平 且U型管 中水面与2 油面齐平
4 表 1. 2 油容重测量纪录及计算表 单位：cm 条件 次序 水箱液面标尺读 数▽0 测压管液面读数▽ H h1 = Ñ H - Ñ0 h1 h2 = Ñ0 - Ñ H h2 1 2 0 1 0 h h h S w + = = g g 1 2 P0>0 且 U型管 中水面与 油水交界 面齐平 3 1 2 P0<0 且 U型管 中水面与 油面齐平 3 S0= γ0= N/cm3
4)检查仪器是否密封加压后检查测管1、2、5液面高程是否恒定。若下降,表明漏气 应查明原因并加以处理 2.记录仪器号No.及各常数(记入表1.1)。 3.量测点静压强(各点压强用厘米水柱高表示) 1)打开通气阀6(此时P0=0),记录水箱液面标高V0和测管2液面标高VH(此时v0=VH) 2)关闭通气阀6及截止阀8,加压使之形成P>0,测记V0及VH 3)打开放水阀1,使之形成P00),微调放气螺母使U形管中水面与油水交界面齐平(图 1.2),测记0及VH(此过程反复进行3次)。 3)打开通气阀,待液面稳定后,关闭所有阀门:然后开启放水阀1降压(P0<0),使U形管 中的水面与油面齐平(图1.3),测记P0<0(此过程亦反复进行3次) 五、实验成果及要求 记录有关常数。 实验装置台号No. 各测点的标尺读数为 cm, Y w= N/cm 2.分别求出各次测量时,A、B、C、D点的压强,并选择一基准检验同一静止液 体内的任意 二点C、D的(Z+-)是否为常数 3.求出油的容重 4.测出4#测压管插入小水杯水中深度。 A h4= 六、实验分析与讨论 1.同一静止液体内的测压管水头线是根什么线? 2.当PB<0时,试根据记录数据确定水箱内的真空区域。 3.若再备一根直尺,试采用另外最简便的方法测定Y 4.如测压管太细,对测压管液面的读数将有何影响? 5.过C点作一水平面,相对管1、2、5及水箱中液体而言,这个水平面是不是等压面?哪一部分 液体是同一等压面? 6.用图1.1装置能演示变液位下的恒定流实验吗? 7.该仪器在加气增压后,水箱液面将下降8而测压管液面将升高H,实验时,若以P0=0时 的水箱液面作为测量基准,试分析加气增压后.实际压强(H+8)与视在压强H的相对误差值。本仪器 测压管内径为08cm,箱体内径为20cm
5 4)检查仪器是否密封 加压后检查测管l、2、5液面高程是否恒定。若下降，表明漏气， 应 查 明 原因并 加 以 处 理 。 2．记录仪器号No．及各常数(记入表1.1)。 3．量测点静压强(各点压强用厘米水柱高表示)。 1)打开通气阀6(此时 0 p0 = )，记录水箱液面标高▽0和测管2液面标高▽H (此时▽0=▽H)； 2)关闭通气阀6及截止阀8，加压使之形成 0 p0 > ，测记▽0及▽H； 3)打开放水阀11，使之形成 0 p0 )，微调放气螺母使U形管中水面与油水交界面齐平(图 1.2)，测记▽0及▽H(此过程反复进行3次)。 3)打开通气阀，待液面稳定后，关闭所有阀门；然后开启放水阀11降压( 0 p0 < )，使U形管 中的水面与油面齐平(图1．3)，测记 0 p0 < (此过程亦反复进行3次)。 五、实验成果及要求 1．记录有关常数。 实验装置台号No. 各测点的标尺读数为： ▽B＝ cm，▽C＝ cm，▽D = cm，γw = N/cm3。 2．分别求出各次测量时，A、B、C、D点的压强，并选择一基准检验同一静止液体内的任意 二点C、D的( g p z + )是否为常数。 3．求出油的容重。 γ0 = N/cm3 4．测出4#测压管插入小水杯水中深度。 Δh4= cm 六、实验分析与讨论 1．同一静止液体内的测压管水头线是根什么线? 2．当 < 0 B p 时，试根据记录数据确定水箱内的真空区域。 3．若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定γ0 4．如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响? 5．过C点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面?哪一部分 液体是同一等压面? 6．用图1.1装置能演示变液位下的恒定流实验吗? 7．该仪器在加气增压后，水箱液面将下降δ而测压管液面将升高H，实验时，若以 0 p0 = 时 的水箱液面作为测量基准，试分析加气增压后．实际压强(H+δ)与视在压强H的相对误差值。本仪器 测压管内径为0.8cm，箱体内径为20cm
(二)不可压缩流体恒定流能量方程 伯诺里方程)实验 实验目的要求 1.验证流体恒定总流的能量方程 2.通过对动水力学诸多水力现象的实验分析研讨,进一步掌握有压管流中动水力学的能量转换特性: 3.掌握流速、流量、压强等动水力学要素的实验量测技能 二、实验装置 本实验的装置如图2.1所示。 Z89 3 图2.1自循环伯诺里方程实验装置图 1.自循环供水器:2实验台:3.可控硅无级调速器:4.溢流板:5.稳水孔板:6.恒压水箱:7.测压计;8. 滑动测量尺:9.测压管:10.实验管道11.测压管:12.毕托管:13.实验流量调节阀 本仪器测压管有两种: 1.毕托管测压管(表2.1中标*的测压管),用以测读毕托管探头对准点的总水头 H(=x++1-),须注意一般情况下H与断面总水头H(=x+ )不同(因一般 l≠v),它的水头线只能定性表示总水头变化趋势 2.普通测压管(表2.1未标*者),用以定量量测测压管水头
6 (二)不可压缩流体恒定流能量方程 （伯诺里方程）实验 一、 实验目的要求 1． 验证流体恒定总流的能量方程； 2． 通过对动水力学诸多水力现象的实验分析研讨，进一步掌握有压管流中动水力学的能量转换特性； 3． 掌握流速、流量、压强等动水力学要素的实验量测技能 二、 实验装置 本实验的装置如图 2.1 所示。 图 2.1 自循环伯诺里方程实验装置图 1.自循环供水器； 2.实验台； 3.可控硅无级调速器； 4.溢流板； 5.稳水孔板； 6.恒压水箱； 7.测压计； 8. 滑动测量尺； 9.测压管； 10.实验管道 11.测压管； 12.毕托管； 13.实验流量调节阀 说明 本仪器测压管有两种： 1 ． 毕 托 管测 压管 （表 2.1 中 标 * 的 测压 管 ）， 用以测 读 毕托 管探 头对 准点 的总 水头 ' H ( g p u z 2 2 = + + g )，须注意一般情况下 ' H 与断面总水头 H ( g p v z 2 2 = + + g )不同（因一般 u ¹ v ），它的水头线只能定性表示总水头变化趋势； 2．普通测压管（表2.1未标*者），用以定量量测测压管水头
实验流量用阀13调节,流量由体积时间法(量筒、秒表另备)、重量时间法(电子称另备) 或点测法测量(以下实验类同) 实验原理 在实验管路中沿管内水流方向取n个过水断面。可以列出进口断面(1)至另一断面(i)的能 量方程式(i=2,3,……,n) x1++a" Pi avi 2 g g 取a1=a2=Aan=1,选好基准面,从已设置的各断面的测压管中读出乙+一值,测出通过管路的流量 即可计算出断面平均流速v及 2g’从而即可得到各断面测管水头和总水头 四、实验方法与步骤 1.熟悉实验设备,分清哪些测管是普通测压管,哪些是毕托管测压管,以及两者功能的 2打开开关供水,使水箱充水,待水箱溢流,检查调节阀关闭后所有测压管水面是否齐 平。如不平则需查明故障原因(例连通管受阻、漏气或夹气泡等)并加以排除,直至调平 3打开阀13,观察思考1)测压管水头线和总水头线的变化趋势:2)位置水头、压强水头 之间的相互关系:3)测点(2)、(3)测管水头筒否?为什么?4)测点(12)、(13)测管 水头是否不同?为什么?5)当流量增加或减少时测管水头如何变化? 4.调节阀13开度,待流量稳定后,测记各测压管液面读数,同时测记实验流量(毕托管供 演示用,不必测记读数) 5改变流量2次,重复上述测量。其中一次阀门开度大到使19号测管液面接近标尺零点 五、实验成果及要求 1.记录有关常数 均匀段Dl cIm 缩管段D2 扩管段D3= 水箱液面高程V0= 上管道轴线高程Vz= 表2.1管径记录表 14*16*18* 测点编号1* 5 3 13 19 管径 两点间距cm4 4 6 13.56 1029 16 16 注:(1).测点6、7所在断面内径为D2,测点16、17为D3,余均为D1 (2).标“*”者为毕托管测点(测点编号见图22) (3).测点2、3为直管均匀流段同一断面上的两个测压点,10、11为弯管非均匀流段同一断面 上的两个测点 2.量测(z+P)并记入表2.2
7 实验流量用阀13调节，流量由体积时间法（量筒、秒表另备）、重量时间法（电子称另备） 或点测法测量（以下实验类同）。 三、 实验原理 在实验管路中沿管内水流方向取n个过水断面。可以列出进口断面（1）至另—断面（i）的能 量方程式（i=2,3,……,n） w i i i i i h g p v z g p v z + + = + + + 1- 2 2 1 1 1 1 2 2 a g a g 取 1 a1 = a2 =L an = ，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出 g p z + 值，测出通过管路的流量， 即可计算出断面平均流速v及 g v 2 2 ，从而即可得到各断面测管水头和总水头。 四、实验方法与步骤 1.熟悉实验设备，分清哪些测管是普通测压管，哪些是毕托管测压管，以及两者功能的 区别。 2.打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流，检查调节阀关闭后所有测压管水面是否齐 平。如不平则需查明故障原因（例连通管受阻、漏气或夹气泡等）并加以排除，直至调平。 3.打开阀13，观察思考1）测压管水头线和总水头线的变化趋势；2）位置水头、压强水头 之间的相互关系；3）测点（2）、（3）测管水头筒否？为什么？4）测点（12）、（13）测管 水头是否不同？为什么？5）当流量增加或减少时测管水头如何变化？ 4.调节阀13开度，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记实验流量（毕托管供 演示用，不必测记读数）。 5.改变流量2次，重复上述测量。其中一次阀门开度大到使19号测管液面接近标尺零点。 五、实验成果及要求 1．记录有关常数 均匀段D1= cm 缩管段D2= cm 扩管段D3= cm 水箱液面高程▽0 = cm 上管道轴线高程▽z = cm 表2．1 管径记录表 注：(1)．测点6、7所在断面内径为D2，测点16、17为D3，余均为D1。 (2)．标“*”者为毕托管测点(测点编号见图2.2)． (3)．测点2、3为直管均匀流段同一断面上的两个测压点，10、11为弯管非均匀流段同一断面 上的两个测点 2．量测（ g p z + ）并记入表 2 .2 。 测点编号 1* 2 3 4 5 6* 7 8* 9 10 11 12* 13 14* 15 16* 17 18* 19 管径 cm 两点间距cm 4 4 6 6 4 13.5 6 10 29 16 16
表22测记(x+D)数值表(基准面选在标尺的零点上) 测点 57 10|11「13151719 编号 cm/s 次2 序 3.计算流速水头和总水头 4.绘制上述成果中最大流量下的总水头线EE和测压管水头线PP(轴向尺寸参见图22,总水头线和测 压管水头线可以绘在图22上) 提示 1.PP线依据22数据绘制,其中测点10、11、13数据不用 2.EE线依表23(2)数据绘制,其中测点10、11数据不用 3.在等直径管段EE与PP线平行。 ■■■■■■■■■■■■■■ 日甘日 甲甲田 图 六、成果分析及讨论 1.测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同?为什么? 2.流量增加,测压管水头线有何变化?为什么? 3.测点2、3和测点10、11的测压管读数分别说明了什么问题 试问避免喉管(测点⑦)处形成真空有哪几种技术措施?分析改变作用水头(如抬高或降低水箱水 位)对喉管压强的影响情况 5.毕托管所显示的总水头线与实测绘制的总水头线一般都略有差异,试分析其原因
8 表2.2 测记（ g p z + ）数值表 （基准面选在标尺的零点上） 单位： cm 测点 编号 2 3 4 5 7 9 10 11 13 15 17 19 Q cm3 /s 1 2 实 验 次 序 3 3. 计算流速水头和总水头 4. 绘制上述成果中最大流量下的总水头线E-E和测压管水头线P-P（轴向尺寸参见图2.2，总水头线和测 压管水头线可以绘在图2.2上）。 提示： 1．P-P线依据2.2数据绘制，其中测点10、11、13数据不用 2．E-E线依表2.3（2）数据绘制，其中测点10、11数据不用 3．在等直径管段E-E与P-P线平行。 图2.2 六、成果分析及讨论 1． 测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同?为什么？ 2． 流量增加，测压管水头线有何变化？为什么？ 3． 测点2、3和测点10、11的测压管读数分别说明了什么问题？ 4． 试问避免喉管（测点7）处形成真空有哪几种技术措施？分析改变作用水头（如抬高或降低水箱水 位）对喉管压强的影响情况。 5． 毕托管所显示的总水头线与实测绘制的总水头线一般都略有差异，试分析其原因